TILSTAND AV TEKNISKE INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER ERFARINGER FRA BYFJORD-, BØMLAFJORD- OG VABAKKEN-TUNNELENE

Carl Lewin, Ph.D. - CaCon TILSTAND AV TEKNISKE INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER ERFARINGER FRA BYFJORD-, BØMLAFJORD- OG VABAKKEN-TUNNELENE Bergen 11. februar og Oslo 12. februar 2014

Bakgrunn: Erfaringsinnhenting knyttet til T-forbindelsen. Fokus: Metalliske materialer benyttet til forskjellige installasjoner i tunneler herunder impulsventilatorer med fokus på levetid. Presentasjon: Korrosjon basis for vurderinger Klima korrosjonsforhold i moderne tunneler - støvundersøkelser Materialbruk i tunneler Håndbokens anbefaling Spesifikasjon av materialer for impulsventilator Bakgrunnen for forslaget Oppsummering

INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER KORROSJON Definisjoner: - Korrodere (latin) «Å spise opp». - Korrosjon er en kjemisk eller elektrokjemisk reaksjon mellom et materiale, normalt et metall, og omgivelsene, som fører til ødeleggelse av materialet eller dets egenskaper. (ASTM Standard definisjoner). - Korrosjon er angrep på et metallisk materiale ved reaksjon med det omgivende medium (Bardal).

KORROSJON Hovedtyper av korrosjon: Generell korrosjon Galvanisk korrosjon Spaltkorrosjon - Filiformkorrosjon Punktkorrosjon Pittingkorrosjon.

Betingelser for å få korrosjon: - Det må være vann/fukt tilstede. - Vannet må være elektrisk ledende. - Observasjoner - korrosjon og klima Bømlafjordog Karmøy-tunnelene. - Undersøkelse av støv og sand-prøver Bømlafjord- og Vabakkentunnelen - Aluminium skiltskap og skiltfiksturer Bømlafjordtunnelen - Aluminium lysarmatur Vabakkentunnelen - Aluminium dørrammer Bømlafjordtunnelen

Bakgrunn: Ønske om å se korrosjonsskader på metalliske materialer benyttet i tunneler som bakgrunn for rådgivning mot Karmøytunnelens utfordringer. Observasjoner - korrosjon og klima Bømlafjord- og Karmøy-tunnelene. Observasjon: Globalt to typer klima: 1. Generelt tørt, god ventilert i tunnelløpet 2. Svært fuktig og veldig korrosivt bak hvelv, i sjakt og i pumperom e.l.

Definisjon av klimaklasser etter NS-EN ISO 9223 Hvilke klimaklasser skal legges til grunn for materialvalg i tunneler? ÅDT?

- Vannet må være elektrisk ledende. Spørsmål: Hvilke vannløselige ioner som kan påvirke vannets elektriske ledningsevne, finnes generelt til stede i tunnelene? Utgangspunkt: - Tunnelveggene og de faste installasjonen vil ikke påvirke korrosjonsmiljøet. - Sand og støv som befinner seg i tunnelen vil absorbere vann / fukt mettet med eksosgass ioner / luftforurensning - og eventuelt løse opp sand / støvpartikler og gi økt ledningsevne av fukt og vann d.v.s. påvirke korrosiviteten i tunnelen.

INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER BØMLAFJORDTUNNELEN Sandprøver Bømlafjordtunnelen

BØMLAFJORDTUNNELEN SEM bilde Røntgenanalyse av belegg på partikkel C A: Jernholdig partikkel med saltbelegg. B & C: treflis med saltbelegg; D: asfalt E: Gummipartikkel dekkslitasje (?) F: Glasskule Hvit merkemateriale (?)

VABAKKENTUNNELEN Lysmikroskop Sandpartikler i støv på lysarmatur Lysarmatur Ekstrudert Aluminium Legering EN AW-6060 Røntgenanalyse Oversiktsanalyse støv

Konklusjon: Anioner; finner litt klor fra salt. Saltet ligger som hinner på enkelte partikler, tydeligvis som følge av enkle saltholdige vanndråper, hvor vannet har fordampet. Dette vil kunne ha betydning for eventuell spaltkorrosjon og filiformkorrosjon. Ikke bekymringsfullt. Finner ikke spor av N nitrogen (deteksjonsgrense ca 0.5 %), d.v.s ingen tegn på at salpetersyrling eller salpetersyre fra NOx (eksos) er et reelt problem. Finner antydning av S svovel- som indikerer at SO4 kan være tilstede. Hvor korrosivt er det egentlig i tunneler / undersjøiske tunneler med moderne vann og frostsikring?

INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER BØMLAFJORDTUNNELEN. Halvparten av tverrsnittet er korrodert. Restlevetid? Påstand: Hvis dette hadde vært A4 kvalitet ingen korrosjon! Ble det krevd Verkssertifikat for denne leveranse?

BØMLAFJORDTUNNELEN. Opphengsklammer lakkert-ekstrudert aluminium. Lokal galvanisk korrosjon. Forniklet messingnippel Skiltkasse i aluminium plate legering ukjent. Oppheng i lakkert-ekstrudert aluminium typisk filiformkorrosjon Levetid begrenset p.g.a. nippel-materialvalg og ikke riktig sammenføyning. Kamstål dual coated ingen synlige korrosjonsangrep.

BØMLAFJORDTUNNELEN Filiformkorrosjon Skiltoppheng i lakkerte aluminiumprofiler. Typisk filiformkorrosjon = Overflatekorrosjon mellom lakk og aluminium. Ser stygt ut, men svekkelsen av profiltverrsnitt veldig liten. Hvorfor lakkering?

VABAKKENTUNNELEN. Armaturhuset: Ekstrudert og elokser aluminium NS EN-AW 6060 Eloksalsjikt 5 µm Korrosjon: Et ubetydelig angrep i toppen på kjøleprofilet eloksalsjikte mekanisk skadet Påstand: Aluminiumprofilen vil fungere lengre enn elektronikken.

INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER BØMLAFJORDTUNNELEN. Aluminium dørramme, Eloksert Typisk utseende av dørhjørne Skjoldet, men ingen/neglisjerbar korrosjon Brukstid 15 år. Restlevetid veldig lang!

TUNNELHÅNDBOKEN 8.6 Pumpestasjoner, pumpeledninger - - «Materialkvalitet skal være tilpasset vannkvalitet, saltinnhold, krav til levetid mv.» 10.1 1 Generelle krav til elektrotekniske anlegg --»Levetid skal vurderes for de enkelte utstyrskomponenter, basert på betraktninger omkring levetidskostnader.» 10.1.2 Korrosjonsbeskyttelse av teknisk utrustning «Atmosfæren i tunneler er korrosiv. Dette skyldes kondensering av vann fra varm, fuktig luft og salt. Vannet i tunnelrommet kan være svakt surt på grunn av salpetersyrling og salpetersyre, fra nitrøse gasser i eksosen. Utstyret skal derfor korrosjonsbeskyttes eller bestå av et korrosjonsbestandig materiale, slik at minimum fastsatt levetid kan oppnås.

TUNNELHÅNDBOKEN 10.1.2 Korrosjonsbeskyttelse av teknisk utrustning (forts.) I tunnelklasse C, D, E og F samt i tunneler med spesielt korrosivt miljø (for eksempel undersjøiske tunneler) skal kabelbruer, armaturer, nødstasjoner, skilt, dører, rammer og håndtak leveres i syrefast stål. Er HB021 fokusert på levetidskost eller? Det finnes rimeligere metalliske materialer som har glimrende egenskaper i svakt sure og litt kloridholdige miljøer, som vist. En tunnel er i utgangspunkt en multimateriale konstruksjon!

LEVETID: HÅNDBOK 021 HB 021 2010 utgaven har ingen konkret informasjon om ønsket levetid på tekniske installasjoner, ut over: «Levetid skal vurderes for de enkelte utstyrskomponenter, basert på betraktninger omkring levetidskostnader.» HB 021 Road Tunnels 2004 har følgende informasjon gitt i tabell 10.1 Recommended lifespan for selected electrical componets Ventilation-motor/fan 20 years Alice i Eventyrland: «Hvor skal du?» spurte haren. «Vet ikke,» svarte Ailce. «Da kommer du nok sikkert dit,» sa haren.

INSTALLASJONER I NOEN TUNNELER BØMLAFJORDTUNNELEN.Efaring: Etter 17 år må 55 % av alle ventilatorene tas ned for lagerskifte! Biter slått av vinger Kulelagerskader Inpingmentskade Korrosjon Etter 15 år ingen korrosjonskader

VENTILATOR - MATERIALSPESIFIKASJON IMPULSVENTILATOR SPESIFIKASJON KARMØYTUNNELEN Monteringsramme og festeutstyr: Rammer ingen krav til materiale / korrosjonsbeskyttelse. Bolter minimum diameter 16 mm Temperaturklasse F200 ref. NS-EN 12101-3 Materialkvalitet - Lydfeller Festebolter, muttere, underlagsplater og perforerte plater syrefast stål EN 1.4404 (SAE 316 L) FORSLAG TIL NY UTVIDET SPESIFIKASJON MÅL 20 ÅRS LEVETID Monteringsramme og festeutstyr: Varmgalvanisert etter NS-EN 1461 + primer minimum 60 µm + epoxy toppstrøk minimum 60 µm. Festebolter minimum diameter 16 mm klasse A4 ref.. NS-EN ISO 3506 Temperaturklasse -? Materialkvalitet - Lydfeller Festebolter, muttere kvalitet A4, NS-EN ISO 3506, underlagsplater og perforerte plater syrefast stål EN 1.4404 (SAE316 L)

VENTILATOR - MATERIALSPESIFIKASJON IMPULSVENTILATOR - SPESIFIKASJON KARMØYTUNNELEN Viftehjul «skal leveras i eit materiale med stor korrosjonsmotstand som oppfyllar krava til aktuell temperaturklasse. Motor - Tette og smørefrie lager - Drenshull for kondensvann FORSLAG TIL UTVIDET SPESIFIKASJON MÅL 20 ÅRS LEVETID Viftehjul - Smidd eller ekstrudert aluminium EN AW 6060 T4 NS-EN 573-3 - beskyttet med «Helikoptertape» - eller syrefast stål? Motor Korrosjonsklasse C4 Motorlagre størrelse 63xx med keramiske kuler, beregnet for ettersmøring, m/evakueringssystem for brukt fett og drenshull for kondens Automatisk smøresystem med alarm Vibrasjonssensorer

VENTILATOR - MATERIALSPESIFIKASJON IMPULSVENTILATORSPESIFI KASJON KARMØYTUNNELEN Ventilatorhus «Alle andre ståldelar skal utførast i varmgalvanisert eller syrefast stål. Alle synlege ståldelar skal ha eit lag primer på minimum 60 µm og eit lag epoxybasert måling på minimum 60 µm påført med høgtrykksprøyte. FORSLAG TIL UTVIDET SPESIFIKASJON MÅL 20 ÅRS LEVETID Ventilatorhus Varmgalvanisert etter NS-EN 1461 + primer minimum 60 µm + epoxy toppstrøk minimum 60 µm.

VENTILATOR - MATERIALSPESIFIKASJON IMPULSVENTILATORSPESIFI KASJON KARMØYTUNNELEN Ventilatorhus «Alle andre ståldelar skal utførast i varmgalvanisert eller syrefast stål. Alle synlege ståldelar skal ha eit lag primer på minimum 60 µm og eit lag epoxybasert måling på minimum 60 µm påført med høgtrykksprøyte. FORSLAG TIL UTVIDET SPESIFIKASJON MÅL 20 ÅRS LEVETID Ventilatorhus Varmgalvanisert etter NS-EN 1461 + primer minimum 60 µm + epoxy toppstrøk minimum 60 µm.

INSTALLASJONER I KARMØYTUNNELEN Sjaktventilatorhus: Corten A stål Vifteblader: Malt og påsatt «Helikoptertape» Impulsventilatorer: Varmgalvaniserte + primer og epoxytoppstrøk. Automatisk fett-smørepumpe installert for - Sjaktventilatorene - Impulsventilatorene

Oppsummering: Foredraget har presentert noen få observasjoner fra Bømlafjordtunnelen (ÅDT 4100) og fra Vabakkentunnelen (ÅTD 10600) med fokus på korrosjon og materialbruk. Det er reist spørsmål om korrosjonsforholdene i tunneler med god vann og frostsikring, knyttet til undersøkelser av sand og støv, samt observert korrosjon på aluminium dørrammer, u-bolter, skiltkasser og skiltfiksturer. Dessuten presentert noen spørsmål knyttet til HB 021 Noen tanker knyttet til oppdatering av Impulsventilatorspesifikasjonen, er presentert. Dessuten en kort oversikt over materialbruk, beskyttelse av vifteblader og installert smøresystem for samtlige ventilatorer i Karmøytunnelen.